Que se passe-t-il entre nos corps et nos esprits lorsque nous sommes sur la même longueur d'onde ? En particulier, sur quels mécanismes biologiques reposent nos facultés sociales à se coordonner et à communiquer nos intentions, nos émotions ? Pour le comprendre, une façon de procéder consiste à enregistrer en même temps les activités cérébrales et physiologiques de tous les individus en interaction. Cependant, la transition vers une approche à plusieurs sujets en neuro-imagerie (modalité « hyperscanning ») complique les expériences et l'analyse des données qui en découlent. Cette thèse s'articule donc autour de deux volets distincts mais complémentaires dans leur fonction. D'une part, nous contribuons à développer des méthodes de traitement du signal adaptées à l'analyse des données produites en hyperscanning. D'autre part, nous étudions le couplage interpersonnel pendant l'empathie et le toucher social. Nous montrons que ce type de toucher affectif peut s'accompagner d'un couplage de nos activités physiologiques, un résultat qui souligne la continuité entre le cerveau, le corps et l'environnement, les autres individus y compris.